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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Voltmetro digitale con selezione automatica. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione In vari dispositivi, LSI specializzati iniziarono ad essere utilizzati per implementare la funzione di conversione da analogico a digitale (ADC). Una delle varianti note di un multimetro assemblato su un LSI simile è KR572PV2, (K572PV2) [1]. Attualmente, l'industria nazionale produce un altro LSI di questa serie: KR572PV5. Dispone di uscite per lavorare con display a cristalli liquidi (LCD) e può funzionare con un alimentatore unipolare da 9 V, che ne consente l'utilizzo in strumenti di misura piccoli ed economici (multimetri). L'ADC KR572PV5 converte la tensione CC in ingresso (Uin.max. = ±199,9 mV) in un codice parallelo a sette segmenti che controlla direttamente il display LCD a 3,5 bit. La tensione di alimentazione unipolare da 9 V viene convertita internamente in tensioni positive regolate e negative non regolate (2,8 e -6,2 V) relative al pin 32 (bus comune analogico). Queste tensioni sono necessarie per alimentare la parte analogica del KR572PV5. La parte digitale è inoltre alimentata da una sorgente ADC interna stabilizzata da 5 V con i pin 1 e 37 (bus comune digitale). Il generatore di clock LSI è collegato al pin. 21 attraverso un divisore di 1:800 e ad una frequenza del generatore di 50 kHz per pin. 21, è stato ricevuto un segnale rettangolare con frequenza di 62,5 Hz, necessario per il funzionamento del display LCD. Il principio di funzionamento del KR572PV5 è simile a quello descritto in [1] per il KR572PV2 e non è discusso in questo articolo. Il dispositivo di misurazione portato all'attenzione dei lettori è progettato per misurare la tensione e la resistenza CC. Principali caratteristiche tecniche:
Lo schema schematico del dispositivo è mostrato in Fig. 1. È costituito da un interruttore della modalità di misurazione SA1, interruttori analogici DD2-DD6 con resistori di riferimento R2-R5 e R7-R10, ADC DD1 con una sorgente di tensione di riferimento VT1, LCD HG1 e un dispositivo di selezione automatica del limite di misurazione (AMLS) su DD7 -Chip DD11. Per semplicità, il diagramma mostra la connessione solo di quei segmenti indicatori che contengono le informazioni necessarie per il funzionamento dell'UAVPI.
La numerazione completa dei pin del display LCD è mostrata in Fig. 2.
Il principio di funzionamento dell'UAVPI si basa sulla valutazione dello stato delle centinaia e delle migliaia di bit del codice di uscita parallela a 3,5 bit KR572PV5 (segmenti a, b, g, f - centinaia e b, c - migliaia). Se la tensione di ingresso UBX dell'ADC è maggiore di 199,9 mV in valore assoluto, si verifica una modalità di sovraccarico e l'indicatore mostrerà 1 nella cifra delle migliaia, ma non vi è alcuna indicazione nella cifra delle centinaia (e altre cifre). Un segnale di questo tipo all'uscita dell'LSI fa sì che il dispositivo di misurazione passi al limite più approssimativo. D'altra parte, se |UBX| <20 mV, l'indicatore mostra 0 o 1 nelle centinaia, mentre non c'è indicazione nelle migliaia. Tali combinazioni di codici di output danno il permesso di passare a un limite più sensibile. Il segnale di sovraccarico e sottocarico dell'ADC è generato dal decodificatore sugli elementi DD7, DD8, DD9.1. I segnali provenienti dal decodificatore controllano il funzionamento del contatore DD10.1 e del contatore decodificatore DD11. I contatori DD10.1 e DD10.2 collegati in serie (quest'ultimo utilizza una sola cifra) dividono la frequenza di 62,5 Hz (pin 21 di DD1) per 32. La frequenza risultante (circa 2 Hz) viene fornita all'ingresso di conteggio DD11 e costituisce la frequenza di clock quando si commutano i limiti di misurazione. Quando l'ADC è in sovraccarico, l'uscita DD8.4 ha il livello 1, che azzera il contatore DD11, mentre il livello 1 all'uscita della cifra meno significativa di questo contatore corrisponde all'inclusione del limite di misurazione più grande. Allo stesso tempo, il livello 0 sull'uscita DD8.3 impedisce il conteggio di DD10.1. Se l'ADC è “sottocarico”, l'ingresso del CP DD10.1 sarà 1, consentendo il conteggio, e verrà attivato anche il contatore DD11. In uscita, ad ogni ciclo di conteggio, la cifra corrispondente al numero del ciclo avrà livello logico alto. Il numero di bit DD11 utilizzati è uguale al numero di limiti di misurazione. Se viene raggiunto il limite di misurazione ottimale, lo 0 sull'uscita DD8.3 fermerà il contatore DD10.1 e con esso DD10.2 e DD11. Quando viene raggiunto il limite minimo, DD10.1 viene disabilitato tramite l'ingresso R, anche se l'ADC è ancora nello stato di "sottocarico". La commutazione dei limiti di misurazione del volt-ohmmetro viene effettuata dai tasti analogici DD2-DD5. Il loro stato è determinato dal codice di uscita DD11. Le chiavi hanno una resistenza abbastanza elevata nello stato di conduzione (diverse centinaia di Ohm), ma sono collegate in modo tale da praticamente non introdurre errori in nessuno dei limiti di misurazione. La tensione misurata viene fornita all'ingresso DD1 attraverso l'interruttore SA1 (posizione superiore) e un divisore, il cui braccio superiore è il resistore R1, il braccio inferiore è uno dei resistori R2-R5, a seconda dello stato dei tasti DD2, DD3. La tensione massima del braccio inferiore del divisore è limitata dai diodi VD1-VD4. La sorgente di tensione di riferimento è realizzata sul transistor VT1, operante in un punto termicamente stabile. Al pin viene applicata una tensione di riferimento di 100 mV dal resistore R16. 36 DD1 tramite uno dei tasti DD6. Il volt-ohmmetro utilizza un metodo non convenzionale per misurare la resistenza [2]. È illustrato dal diagramma in Fig. 3.
Sotto l'influenza della tensione U06, una certa corrente 10 scorre attraverso il resistore di riferimento R0P collegato in serie e il resistore misurato Rx. Il resistore misurato è collegato all'ingresso dell'ADC e il resistore di riferimento è collegato al posto della sorgente di tensione di riferimento. Poiché la stessa corrente scorre attraverso i resistori R0gp e Rx, il rapporto tra le cadute di tensione ai loro capi è uguale al rapporto tra le loro resistenze. Così, Aind \uXNUMXd Ux / Uobr \uXNUMXd IoRx / IoRobr \uXNUMXd Rx / Robr dove: Aind - letture dell'indicatore. Il vantaggio di questo metodo di misurazione della resistenza è la semplicità della sua implementazione e l'indipendenza della precisione della misurazione dall'instabilità della tensione U0. Nella modalità di misurazione della resistenza, l'interruttore SA1 viene spostato nella posizione inferiore. La tensione positiva dell'alimentatore viene fornita tramite VD7 e R6 agli interruttori DD4, DD5, che eseguono la commutazione necessaria dei resistori standard R7-R10 in base al limite di misurazione dell'UAVPI selezionato. La tensione attraverso i resistori di riferimento e misurati è limitata dai diodi VD5 e VD6 per eliminare la modalità di sovraccarico dell'integratore ADC. Il tasto DD6 inferiore (secondo lo schema) ha lo stesso scopo. Con il suo aiuto, la costante di tempo dell'integratore durante la misurazione della resistenza viene raddoppiata. Il transistor VT2 funge da invertitore di segnale che controlla i tasti DD6. Il volt-ohmmetro è alimentato da una batteria da 9 V ("Krona VTs", "Korund") o da una batteria 7D-0,115-U 1.1. Tutti i microcircuiti, ad eccezione di DD6, sono alimentati dallo stabilizzatore interno DD1, poiché la corrente che consumano è estremamente ridotta quando funzionano a basse frequenze di commutazione. Il design è progettato per radioamatori addestrati, pertanto non viene fornita una descrizione del circuito stampato e del design del dispositivo. Devi solo prestare attenzione che l'interruttore SA1 abbia un isolamento affidabile tra i gruppi di contatti, progettato per la massima tensione misurata. Anche il resistore R1, sul quale cade la maggior parte della tensione misurata, deve essere progettato per la stessa tensione. Può essere composto da più resistori a bassa tensione di valori adeguati. Va notato che la precisione del dispositivo è limitata quasi solo dalla precisione e dalla stabilità della sorgente di tensione di riferimento e dei resistori R2-R5, R7-R10, che devono essere precisi. Come ultima risorsa, possono essere selezionati tra resistori comuni con una tolleranza di almeno il 5%, ma la stabilità della temperatura e del tempo di questi resistori sarà bassa. Come resistore R16, è possibile utilizzare un resistore multigiro senza filo SPZ-37. Nel caso di utilizzo di una resistenza a filo avvolto tipo SP5-2, il suo valore deve essere ridotto a 100...150 Ohm e una resistenza costante di 300...360 Ohm deve essere collegata in serie ad essa, altrimenti sarà difficile impostare con precisione la tensione di riferimento grazie alla grande discrezione dei cambiamenti nella sua resistenza durante la regolazione. I condensatori C4, C5 devono avere un basso coefficiente di assorbimento dielettrico: K71-5, K72-9, K73-16, ecc. Prima di installare il transistor VT1 nel circuito del dispositivo, è necessario trovare il suo punto operativo termicamente stabile. Per fare ciò, è necessario assemblare una sorgente di tensione di riferimento (VT1, R13, R16), collegare un milliamperometro con una corrente massima di 16 mA in serie al resistore R1 e applicare una tensione di +1 V al gate VT2,8 rispetto a il terminale inferiore (secondo il circuito) del resistore R16 da qualsiasi tensione sorgente stabilizzata. Successivamente, modificando la temperatura del transistor VT1 (ad esempio, toccando il suo corpo prima con un oggetto metallico caldo e poi con uno freddo), ottenere la variazione più piccola nella corrente di scarico nell'intervallo di temperatura operativa (0...40 ° C) selezionando la resistenza R13. Il valore di questo resistore può differire notevolmente da quello indicato nel diagramma. Un volt-ohmmetro correttamente assemblato inizia a funzionare immediatamente e deve solo impostare la frequenza del generatore di clock KR19PV572 su 5 kHz con il resistore R50 e la tensione di riferimento di 16 mV con il resistore R100 (in modalità di misurazione della tensione). Il volt-ohmetro può misurare anche tensioni alternate; per questo è necessario prevedere l'inserimento di un rilevatore di valori medi raddrizzati nella rottura del filo che va da SA1 al resistore R14. Poiché il rilevatore introduce con il suo filtro una costante di tempo aggiuntiva (inerzia) nel circuito del sistema per la selezione automatica del limite di misurazione, in questo circuito possono verificarsi oscillazioni, a seguito delle quali il voltmetro può "superare ” il limite di misurazione desiderato. Per eliminare questo inconveniente è solo necessario ridurre la capacità del filtro, cosa possibile solo fino a un certo limite, oppure ridurre la frequenza di clock dei limiti di misurazione di commutazione. L'ultimo metodo è molto semplice da implementare. Quando si passa alla misurazione della tensione alternata, è sufficiente commutare l'ingresso CN DD11 sull'uscita del successivo bit non utilizzato DD10.2 (pin 12). Di conseguenza, il passaggio al limite avverrà due volte più lentamente. Ciò aumenterà il tempo per stabilire le letture a 5 s e garantirà un funzionamento affidabile dell'UAVPI. letteratura: 1. Anufriev L. Multimetro su VIS. - Radio, 1906, n. 4, p. 34-39. 2. Oswald G. Widerstand-Messung mit DVM.- Funkschau, 1981, n. 8, S. 98. 3. Raatsch P. Bereichsautomatik fur C7136D.- Radio fernsehen elektronik, 1986, No. 10, S. 636-638. Autore: V.Tsibin
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